网络系统结构与设计的基本原则

/一、网络系统结构和设计的基本原则

1.1局域网（LocalAreaNetwork,LAN）依据接受的技术、应用的范围和协议标准不同分为共享局域网和交换局域网

1.2局域网特点：

1.覆盖有限的地理范围

2.供应高数据传输速率（10Mbps-10Gbps）、低误码率的高质量数据传输环境

3.成本低，易于建立、维护和扩展

1.3计算机网络从逻辑功能上分为：资源子网和通信子网

1.4主机（host）包括用户终端设备（个人计算机、数字设备）、服务器，是资源子网的主要组成单元

1.5资源子网：

组成：主计算机系统、终端、终端限制器、连网外部设备、各种软件资源、网络服务

功能：负责全网的数据处理业务、向网络用户供应各种网络资源和网络服务

1.6通信子网：

组成：通信限制处理机、通信线路、其他通信设备

功能：完成网络数据传输、转发等通信处理任务

1.7通信限制处理机：在网络拓扑结构中成为网络结点

1.作为和资源子网的主机、终端的连接接口，将主机和终端连入网络

2.作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机报文精确发送到目的主机的作用

1.8通信线路：通信限制处理机和通信限制处理机、通信限制处理机和主机之间供应通信信道，计算机网路接受多种通信线路，如电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道、微波和卫星通信信道等

1.9局域网和城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）、城域网和广域网（WideAreaNetwork，WAN）、广域网和广域网的互联是通过路由来实现的

1.10介入城域网方式：局域网、电话交换网（PSTN）、有线电视网（CATV）、无线城域网（WMAN）、无线局域网（WLAN）

1.11广域网的基本概念：

1.广域网建设投资大、管理困难，一般由电信运营商负责组建和维护

2.电信运营商供应接入广域网的服务和技术，为用户供应高质量的数据传输服务，因此广域网是一种公共数据网络（PublicDateNetwork，PDN）

3.用户可以在公共数据网络商开发各种网络服务系统，用户运用广域网的服务必需向广域网运营商购买服务

1.12广域网技术主要探讨的是远距离、宽带、高服务质量的核心交换技术

1.13广域网发展:

1.早期,人们利用电话交换网PSTN的模拟信道,运用调制解调器完成计算机和计算机之间的低速数据通信

2.1974年X．25分组交换网出现

3.随着光纤起先应用,一种简化的X．25协议的网络：帧中继（FrameReplay，FR）网得到广泛应用

4.数字数据网DDN是一种基于点-点连接的窄带公共数据网

5.异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）网将语音和数据的传输放在一个网络中完成，并且覆盖从局域网到广域网的整个领域，但这条路途是不成功的

6.20世纪80年头，光波分复WDM技术在网络中运用，关于网发展的一个重要趋势是IPoverSONET/SDH

7.将千兆以太网（GigabitEthernet，GE）和10GE的光以太网（OpticalEthernet）技术从局域网扩大到城域网和广域网

1.14局域网技术的发展

1.1980年左右，以太网（Ethernet）和令牌环（TokenRing）网络、令牌总线（TokenBus）网络三足鼎立

2.1990年IEEE802.3标准中的物理层标准10Base-T退出，是一般双绞线可以作为10Mbps以太网传输介质，是以太网造价降低，性能价格比大大提高。同年以太交换机产品面试，标记着交换式以太网的出现

1.15以太网技术的发展三个方向

1.提高以太网的数据传输速率

2.将一个大型局域网划分成多个用网桥活路由器互联的网络

3.将共享介质方式改为交换方式

1.16城域网的概念泛指：网络运营商在城市范围内供应各种信息服务业务的全部网络，它是以宽带光传输网络为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数据、图像、多媒体视频、IP电话、IP接入和各种增值服务业务和智能业务，并和广域计算机网络、广播电视网、电话交换网互联互通的本地综合业务网络

1.17城域网确定是能够供应高速传输和保证服务质量（QoS）的网络系统

1.18城域网对传输网络和服务业务的影响

1.局域网、城域网和广域网在技术上的界限变得越来越模糊了

2.电信传输网技术和计算机网络技术的界限变得越来越模糊了

3.电信服务业务和Internet应用的界限变得越来越模糊了

4.电信传输网、计算机网络和广播电视网之间的界限变得越来越模糊了

1.19推动城域网发展的应用和业务主要有：

1.高速上网服务

2.网络互联服务

3.电子政务和电子商务服务

4.智能社区服务

5.网上教化和远程医疗服务

6.带宽和管道出租服务

1.20设计宽带城域网将涉及网络平台、业务平台、管理平台和城市宽带出口等问题

1.21网络平台层次结构：

1.核心交换层（交换层）：担当高速数据交换的功能

2.边缘汇聚层（汇聚层）：担当路由和流量汇聚的功能

3.用户接入层（接入层）：担当用户接入和本地流量限制的功能

1.22核心交换层的基本功能：

1.交换层将多个汇聚层连接起来，为汇聚层的网络供应高速分组转发，为整个城域网供应高速、平安和具有QoS保障实力的数据传输环境

2.核心层实现和主干网络的互联，供应城市的宽带IP数据出口

3.核心层供应宽带城域网的用户访问INTERNET所须要的路由服务

1.23汇聚层的基本功能：

1.汇接接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发和交换

2.依据接入层的用户流量，进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理，以及平安限制、IP地址转发、流量整形等处理

3.依据处理结果把用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理

1.24城域网设计的一个重要动身点是：在降低网络造价的前提下，系统能够满足当前的数据交换量、接入的用户数和业务类型的要求，并且有可扩展的实力

1.25组建、成功运营一个宽带城域网须要遵循的基本原则：必需保证网络的可运营性、可管理性、可盈利性、可扩展性

1.26管理运营宽带城域网的关键技术：

1.带宽管理：供应无堵塞、高质量的传输实力

2.服务质量QoS：保证服务质量的主要技术：资源预留（RSVP）、区分服务（Diffserv）、多协议标记交换（MPLS）

3.网络管理三个基本方案：带内网络管理、带外网络管理、同时运用带内和带外管理（利用传统的电信网络进行网络管理称为“带内”，利用IP网络及协议进行网络管理的称为“带外”）

4.用户管理包括用户认证和接入管理、计费管理

5.多业务接入：接入业务可以运用低速专线、帧中继、局域网接入、企业VPN、IP电话、视频点播等

6.统计和计费：可以在不同层次上实现，最简洁的是利用网络管理协议（SNMP）的管理信息库（MIB）来实现

7.IP地址的支配和地址转换

8.网络平安：技术方面须要解决物理平安、网络平安和信息平安等三个方面的问题，管理方面涉及平安管理规范的制订、执行和监督1.27带内网络管理是利用数据通信网（DCN）或公共交换电话网(PSTN)拨号，对网络进行数据配置，一般对汇聚层以下接受带内管理1.28带外网络管理是利用网络管理协议（SNMP）建立网络管理系统，实时采集网络数据，产生告警信息，显示网络拓扑，分析各类通信数据，供网络管理人员了解、维护网络设备和系统运行状态，一般对汇聚层以上接受带外管理1.29用于构建宽带城域网的基本技术和方案主要有三类：基于SDH的城域网方案、基于10GE的城域网方案和基于ATM的城域网方案1.30以SDH为基础的多业务平台成为电信运营商组建宽带城域网的一个基本选择，SDH的发展趋势是支持IP和Ethernet业务的接入，并不断融合ATM和路由交换功能，构成以SDH为基础的多业务网络平台1.3110Gbps光以太网的技术优势：1.组建同样规模的宽带城域网，光以太网的造价是SONET的1/5，是ATM的1/102.以太网能够覆盖从宽带城域网核心层、汇聚层到接入层的各种需求，因此它有潜在优势3.以太宽带城域网的各个层次能够运用统一技术，所以网络在设计、组建、运行、管理和人员培训都很便利、有效1.31弹性分组环（ResilientPacketRing，RPR）是一种用于干脆在光纤上告知传输IP分组的传输技术，工作基于动态分组传输（DynamicPacketTransport，DPT）技术，具有以下特点：1.宽带利用率高2.公允性好3.快速爱惜和复原实力好4.保证服务质量1.32接入网技术解决的是最终用户接入地区性网络的问题

1.33Internet接入服务被我国信息产业部归为“电信业务的其次类增值电信业务”它主要有两种应用：1.为Internet内容供应商（ICP）供应Internet接入服务2.为一般上网用户供应Internet接入服务1.34接入网的技术主要分为五类：地面有线通信系统、无线通信和移动通信网、卫星通信网、有线电视网和地面广播网1.35目前宽带接入技术：数字用户线xDSL技术、光纤同轴电缆混合网HFC技术、光纤接入技术、无线接入技术和局域网接入技术。无线接入又可分为无线局域网接入、无线城域网接入和无线Adhoc接入1.36xDSL(DigitalSubscriberLine)技术优势：1.能够供应足够的带宽满足人们对于多媒体网络应用的需求2.性能和牢靠性具有明显的优势3.利用现有的电话铜双绞线，能够平滑地和人们现有的网络进行连接，是比较经济的接入方式1.37xDSL技术按上行（用户到交换局）和下行（交换局到用户）的速率是否相同可分为速率对称型和速率非对称型。依据信号传输的速率、距离，以及上行速率和下行速率的不同主要的数字用户线xDSL技术可以分为：

1.非对称数字用户线（AsymmetricDigitalSubscriberLine，ADSL）2.高比特率数字用户线（HighbitrateDSL，HDSL）3.速率自适应数字用户线（RateadaptiveDSL，RADSL）4.甚高比特率数字用户线（VeryhighbitrateDSL，VDSL）1.38ADSL主要的技术特点表现在：1.可以在现有的用户电话铜双绞线网络上，以重叠和不干扰传输模拟电话业务，即一般电话业务POTS，供应告知数字业务2.技术几乎和本地环路的实际参数没关系，和铜双绞线的特性无关，用户不须要特地为获得ADSL服务而重新铺设电缆3.ADSL供应的非对称宽带特性，上行速率在64kbps-640kbps，下行速率在500kbps-7Mbps，用户可以依据须要选择上行和下行速率1.39光纤同轴电缆混合网（HybridFiberCoax，HFC）是一个双向传输系统，改善了信号质量，提高了牢靠性是新一代有线电视网络（CATV），运用电缆调制解调器CableModem通过有线电视宽带接入Internet的，数据传输速率可达10Mbps-36Mbps，它的主要缺陷在于存在回传信道的干扰，多用户对有线宽带资源的争用出现拥堵，可能影响接入速率1.40CableModem的分类1.从传输方式，分为双向对称式和非对称式传输2．从数据传输方向上，分为单向和双向两类3.从同步方式上，分为同步和异步交换两类4.从接入角度，分为个人CableModem和宽带多用户CableModem5.从接口角度，分为外置式、内置式和交互式机顶盒三种1.41光纤的宽带容量几乎是无限的，所以光纤接入技术有着广袤的应用前景，特殊是无源光网络（PassiveOpticalNetwork，PON）技术，以及以ATM为基础的宽带无源光网络（APON）技术1.42APON的优点：1.系统稳定、牢靠2.可以适应不同宽带、传输质量的需求3.和有线电视CATV网络相比，每个用户可占用独立的宽带，而不会发生堵塞4.接入距离可以达到20km-30km1.43无线接入技术主要有802.11标准的无线局域网（WLAN）接入、802.16标准大悟县城域网（WMAN）接入，以及正在发展的Adhoc接入技术1.44远距离接受802.16标准的WiMAX技术，可以在50km的范围内供应最高70Mbps的传输速率，近距离接受802.11标准的无线局域网WLAN二、中小型网络系统总体规划和设计方法

2.1网络信息系统结构包括

1.网络运行环境:机房和UPS系统供电

2.网络系统:网络传输基础设施、网络设备

3.网络操作系统：Windows、Netware、UNIX、Linux

4.网络应用软件开发和运行环境：网络数据库管理系统、网络软件开发工具

5,网络管理和网络平安系统

2.2网络需求调研和系统设计的基本原则：

1.从充分调查入手，充分理解用户业务活动和用户信息需求

2.在调查、分析的基础上，在充分考虑需求和约束（经费、工作基础和技术等方面）的前提下，对网络系统组建和信息系统开发的可行性进行充分地论证，避开盲目性

3.运用系统的观念，完成网络工程技术方案的规划和设计

4.依据工程时间的须要，将网络系统组建的任务依据设计、论证、实施、验收、用户培训、维护的不同阶段进行支配，大型网络系统的建设须要聘请专业的监理公司对项目执行的全过程进行监理

5.强调各阶段文档资料的完整性和规范性

2.3

三、IP地址规划和设计方法

四、路由设计基础

五、局域网技术

六、交换机及其配置

七、路由器及其配置

八、无线局域网技术

九、计算机网络信息服务系统的安装和配置

十、网络平安技术

十一、

网络管理技术

十二、

名词说明

12.1Bps和bps

bps=bitspersecond位/秒,每秒传送位数。Bps=BitsperSecond，【电脑】比特/秒，数据传输速率的常用单位。比特是信息技术中的最小单位。文件大小（例如文本或图像文件）通常以字节（千字节，兆字节）为单位。一字节对应八比特。bps≠Bps。bps是bitspersecond位/秒,每秒传送位数；Bps是Bytespersecond字节/秒。

12.2网络拓扑结构

网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。

12.3SDH概念

SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术探讨所提出来的同步光网络（SONET）。国际电话电报询问委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵敏牢靠和高效的网络运行和维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。

12.4以太网

以太网(Ethernet)。指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。以太网络运用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技术)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网和IEEE802·3系列标准相类似。它不是一种具体的网络，是一种技术规范。

以太网是当今现有局域网接受的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中接受的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10BaseT以太网由于其低成本、高牢靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商供应的产品都能接受通用的软件协议进行通信，开放性最好。

12.5路由

路由是把信息从源穿过网络传递到目的地的行为，在路上，至少遇到一个中间节点。

12.6DHCP

DHCP是DynamicHostConfigurationProtocol(动态主机支配协议)缩写，它的前身是BOOTP。BOOTP原本是用于无磁盘主机连接的网络上面的：网络主机运用BOOTROM而不是磁盘起动并连接上网络，BOOTP则可以自动地为那些主机设定TCP/IP环境。但BOOTP有一个缺点：您在设定前须事先获得客户端的硬件地址，而且，和IP的对应是静态的。换而言之，BOOTP特殊缺乏"动态性"，若在有限的IP资源环境中，BOOTP的一对一对应会造成特殊可观的奢侈。DHCP可以说是BOOTP的增加版本，它分为两个部份：一个是服务器端，而另一个是客户端。全部的IP网络设定数据都由DHCP服务器集中管理，并负责处理客户端的DHCP要求；而客户端则会运用从服务器支配下来的IP环境数据。比较起BOOTP，DHCP透过"租约"的概念，有效且动态的支配客户端的TCP/IP设定，而且，作为兼容考虑，DHCP也完全照看了BOOTPClient的需求。DHCP的支配形式首先，必需至少有一台DHCP工作在网络上面，它会监听网络的DHCP请求，并和客户端磋商TCP/IP的设定环境。

12.7MAC地址

MAC（MediaAccessControl,介质访问限制）MAC地址是烧录在NetworkInterfaceCard(网卡,NIC)里的.MAC地址,也叫硬件地址,是由48比特长(6字节),16进制的数字组成.0-23位叫做组织唯一标记符(organizationallyunique，是识别LAN（局域网）节点的标识.24-47位是由厂家自己支配。其中第40位是组播地址标记位。网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM（一种闪存芯片，通常可以通过程序擦写），它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址。

12.8帧中继

帧中继(FrameRelay)是一种网络和数据终端设备(DTE)接口标准。由于光纤网比早期的电话网误码率低得多,因此,可以削减X.25的某些差错限制过程,从而可以削减结点的处理时间,提高网络的吞吐量。帧中继就是在这种环境下产生的。帧中继供应的是数据链路层和物理层的协议规范,任何高层协议都独立于帧中继协议,因此,大大地简化了帧中继的实现。目前帧中继的主要应用之一是局域网互联,特殊是在局域网通过广域网进行互联时,运用帧中继更能体现它的低网络时延、低设备费用、高带宽利用率等优点。

12.9VPN

VPN的英文全称是“VirtualPrivateNetwork”，翻译过来就是“虚拟专用网络”。顾名思义，虚拟专用网络我们可以把它理解成是虚拟出来的企业内部专线。它可以通过特殊的加密的通讯协议在连接在Internet上的位于不同地方的两个或多个企业内部网之间建立一条专有的通讯线路，就好比是架设了一条专线一样，但是它并不须要真正的去铺设光缆之类的物理线路。这就好比去电信局申请专线，但是不用给铺设线路的费用，也不用购买路由器等硬件设备。VPN技术原是路由器具有的重要技术之一，目前在交换机，防火墙设备或WINDOWS2000等软件里也都支持VPN功能，一句话，VPN的核心就是在利用公共网络建立虚